LoRa和NB-IoT的發(fā)展前景

物聯(lián)網(wǎng)時代飛速發(fā)展下的需求，除了不斷升級的4G/5G寬帶網(wǎng)絡，低功耗廣域網(wǎng)絡(LPWAN)無疑也是大家研究的重要方向。當前，LoRa技術與NB-IoT的發(fā)展前景也成為大家爭論不休的焦點。

物聯(lián)網(wǎng)是通過無線通信技術將人與物，物與物進行連接。在智能家居、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等局域網(wǎng)通信，一般采用短距離通信技術，但對于廣范圍、復雜環(huán)境、遠距離的連接則需要遠距離通信技術。

因此，為滿足物聯(lián)網(wǎng)設備的連接需求，LPWAN(Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網(wǎng))應運而生。 LPWAN 專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計。主要分為兩類：一類是工作于未授權頻譜的LoRa技術;另一類是工作于授權頻譜下的NB-IoT。

圖1 授權頻段與非授權頻段

(1)相比于NB-IoT ，LoRa基于Sub-GHz的頻段使其更易以較低功耗遠距離通信，可以使用電池供電或者其他能量收集的方式供電;

(2)較低的數(shù)據(jù)速率也延長了電池壽命和增加了網(wǎng)絡的容量;

(3)LoRa信號的波長較長決定了它的穿透力與避障能力;

(4)LoRa專用網(wǎng)關可以根據(jù)現(xiàn)場和客戶需求擴展出更多自定義功能，如廣告推送，多種網(wǎng)絡接入等。

這些技術特點更適合低成本大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)部署和企業(yè)特定專網(wǎng)里工作。LoRa的易于建設和部署，得到越來越多國內公司的關注和跟進。如ZLG致遠電子成立了專門的項目組從事LoRa模塊、網(wǎng)關和整體方案的開發(fā)。廣泛應用在LoRa地磁，用于車位管理，車流量檢測;LoRa局域專網(wǎng)，用于中小范圍內的采集、監(jiān)測、通信;點對點遙控等各類方案。下圖為LoRa模塊及網(wǎng)關在路邊停車上的應用。

圖2 LoRa在路邊停車的應用

1.LoRa模塊(ZM470SX-M)，是基于Semtech公司 SX1278 自主研發(fā)的一款工業(yè)級射頻無線產品。相比傳統(tǒng)的窄帶調制技術，ZM433/470SX-M 模塊采用了擴頻調制技術在抑制同頻干擾的性能方面也具有明顯優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)設計方案無法同時兼顧距離、抗擾和功耗的弊端。另外，芯片集成了+20dBm 的可調功率放大器，并可獲得超過-148dBm 的接收靈敏度，鏈路預算達到了行業(yè)領先水平，針對應用于遠距離傳輸且對可靠性要求極高的場合。

圖3 ZM470SX-M LoRa模塊

2. 網(wǎng)絡控制器(IoT-3968L)，以 Freescale i.MX287處理器為核心，ARM9內核。采用雙MiniPCIE接口設計，滿足各種條件苛刻的工業(yè)應用，特別是在對通信有很高要求的領域，完成LoRa，2G/3G/4G，WiFi,Zigbee 搭配接入通訊，可自定義適應各類網(wǎng)關方案。

圖4 IoT-3968L網(wǎng)關控制器

3.整體解決方案，傳輸速率、工作頻段和網(wǎng)絡拓撲結構是影響傳感網(wǎng)絡特性的三個主要參數(shù)。通過調整擴頻因子(數(shù)值為6~12)、調制帶寬及糾錯率等變量，在通信速率及傳輸距離和抗干擾特性之間取得更好的平衡。在發(fā)射功率一定時，通常擴頻因子被設置得越大，模塊可獲得的接收靈敏度就越高，通信距離將越遠，但會同時導致通信速率降低。

LoRaWAN是由LoRa聯(lián)盟推出的一個低功耗廣域網(wǎng)規(guī)范。LoRaWAN瞄準了物聯(lián)網(wǎng)中的一些核心需求--雙向通訊。LoRaWAN網(wǎng)絡架構是一個典型的星型拓撲結構，在這個網(wǎng)絡架構中，LoRa網(wǎng)關是一個透明的中繼，連接前端終端設備和后端服務器。然而眾多實際應用場景，網(wǎng)絡拓撲結構多以網(wǎng)狀結構或多級中繼組網(wǎng)結構。該規(guī)范協(xié)議往往無法很好的同時解決通信速率，傳輸距離，實時性，低功耗，多級組網(wǎng)之間的沖突。

未來，ZLG致遠電子將推出網(wǎng)狀-星型結構LoRaNet協(xié)議，網(wǎng)絡由集中器，路由，終端組成。適用于數(shù)量眾多的終端通訊，而又對功耗敏感且傳輸數(shù)據(jù)量小的應用場合，為用戶提供更加完整可靠的鏈路層與網(wǎng)絡層支持。屆時LoRa可廣泛應用于管道、地下井監(jiān)測;電力計量、故障報警監(jiān)測;畜牧養(yǎng)殖智能跟蹤、喂養(yǎng)控制;智能路燈的控制等行業(yè)。

當然，LoRa技術不止可組建物聯(lián)網(wǎng)IoT感測網(wǎng)絡，還能通利用LoRa無線網(wǎng)絡來提供IoT設備的定位追蹤服務，如協(xié)助追蹤車輛、物品、寵物位置等等應用。在這眾多的碎片式物聯(lián)網(wǎng)應用中，還存在大量未涉及領域，期待大家去發(fā)現(xiàn)和挖掘。